義肢缺乏「感覺」是主要問題
想要了解這項開創性的「人機融合」發明是怎麼做到的,首先要複習一下國中的生物課內容。舉例來說,你要拿起掉到地上的錢包,大腦下達指令由神經傳達,當你碰到錢包的瞬間,指尖會給出反饋,告訴大腦「碰到了」然後大腦再下達「抓起來」的指令。
這一過程在正常人體內瞬間發生,易如反掌,但是義肢技術一直無法突破性,主要原因就是缺乏人體對義肢的直覺控制和感覺反饋系統。
瑞典多家大學以及麻省理工學院媒體實驗室的研究人員與Integrum AB公司合作,進行了長達數年的研究,他們發明了一種受大腦直覺控制、有觸覺體驗的仿真義肢,這款義肢同時與使用者的神經、肌肉和骨骼相連接。四位手臂截肢的患者安裝了這種義肢,並且使用了3到7年不等。
研究團隊突破 5 項科技難題
研究團隊總共有 5 件事情需要突破:神經移植、骨頭整合、人機連結、義肢控制系統,以及感覺反饋。
神經移植
改善義肢功能最大的挑戰是截肢過程中,手臂神經失去了對其所控制肌肉的支配,如此一來切斷了大腦中樞與肌肉溝通的橋樑。2006年,美國西北大學的Todd Kuiken和Gregory Dumanian博士開發了一種肌肉神經重建的外科手術(Targeted Muscle Reinnervation,TMR),即使患者手臂在十多年前被截肢,也可以透過手術將殘留的手臂神經轉移到其他肌肉部位,重新建立神經支配。
骨頭整合
我們對於義肢的印象,常常是「可卸式」的,但是這種要人機整個的義肢,包括骨頭都需要進行整合。這方面就用到了牙科的技術,牙科很早就開始植入假體。團隊參考了相關術式,將義肢從手臂、肘關節和手組成,與接合件連接。
人機連結
團隊用於人機接口的植入系統稱為e-OPRA,植入系統利用骨整合技術與殘肢相連。義肢直接連接到骨骼,從而提供機械穩定性。神經和肌肉也通過神經肌肉電極與義肢的控制系統連接,在義肢和大腦之間雙向發送訊號。
